L形探针耦合微带天线及其阵列

技术领域

本发明涉及电子通信技术领域，特别是与相控阵雷达领域有关。背景技术

微带天线具有辐射效率高、低轮廓、结构简单、造价低、性能稳定可靠等诸多优点，在相控阵雷达等设备中获得了广泛的应用。采用L探针耦合馈电是一种通过形成多调谐回路增大微带天线带宽的有效方式，有文献表明其带宽可以扩展到30%。现有的L探针耦合馈电存在一些缺点：1）会带来加工与安装复杂度的增加；2）探针本身也会辐射能量，这会导致极化纯度变差、方向图不对称、单元之间隔离度降低。

随着技术的不断发展，越来越多的系统要求天线具有高效率、低轮廓、结构简单、低造价、大带宽等特征，因此解决L探针耦合微带天线的上述诸多缺点，研制一种符合以上特征的天线及其阵列具有较大的应用前景。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提出一种L形探针耦合微带天线及其阵列，能够很好地满足移动通讯系统和探测雷达系统对新一代相控阵天线的要求。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括：提供一种L形探针耦合微带天线，包括：金属隔离栅格，第一介质板，L形耦合探针，第二介质板，辐射片以及连接器；其中，微带天线的地板与该金属隔离栅格是一体结构；该金属隔离栅格具有上方开口的腔体，该第一介质板固定在该腔体内；该L形耦合探针包括竖直部分和水平部分，该竖直部分与该连接器相连，该水平部分附着在该第一介质板上；该第二介质板固定在该金属隔离栅格的顶部，将该腔体封住；该辐射片附着在该第二介质板上。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案还包括：提供一种L形探针耦合微带天线阵列，包括由若干的如上所述的L形探针耦合微带天线的阵列。该阵列中的天线单元采用矩形布阵或者三角布阵。

与现有技术相比，本发明的L形探针耦合微带天线及其阵列，通过金属隔离栅格、第一介质板、L形耦合探针、第二介质板、辐射片以及连接器的巧妙配合，能够很好地满足移动通讯系统和探测雷达系统对新一代相控阵天线的要求。

附图说明

图1是本发明的L形探针耦合微带天线的组合立体结构示意。

图2是本发明的L形探针耦合微带天线的剖面结构示意。

图3是本发明的L形探针耦合微带天线的驻波比与频率的关系曲线。

图4是本发明的L形探针耦合微带天线的中心频点增益方向图曲线。

图5是本发明L形探针耦合微带天线阵列的组合立体结构示意。

其中，附图标记说明如下：100 L形探针耦合微带天线阵列10 L形探针耦合微带天线 1 金属隔离栅格 12 安装部 13 开孔 19 腔体 2 第一介质板 3 L形耦合探针 31 竖直部分 32 水平部分4 第二介质板 5 辐射片6 连接器。

具体实施方式

为了详细说明本发明的构造及特点所在，兹举以下较佳实施例并配合附图说明如下。

参见图1和图2，图1是本发明的L形探针耦合微带天线的组合立体结构示意。图2是本发明的L形探针耦合微带天线的剖面结构示意。本发明提出一种L形探针耦合微带天线（也称天线单元）10，其包括：金属隔离栅格1，第一介质板2，L形耦合探针3，第二介质板4，辐射片5以及连接器6。其中，微带天线10的地板与金属隔离栅格1是一体结构，也即：金属隔离栅格1本身构成微带天线10的地板。微带天线10借助连接器6，可以与外部电路相连。微带天线10工作于发射状态时，信号首先经过连接器6进入L形耦合探针3，L形耦合探针3与辐射片5产生振荡电流，最终转换为电磁波辐射到空间。

金属隔离栅格1呈长方体状，具有上方开口的腔体19。金属隔离栅格1内部设置有安装部12，第一介质板2通过与安装部12配合的紧固件，安装在腔体19内。

L形耦合探针3由两部分组成，一是与连接器6相连的竖直部分31，二是附着在第一介质板2上的水平部分32。竖直部分31与水平部分32通过焊接相连。金属隔离栅格1的底部设有开孔13，供竖直部分31与连接器6相连。

值得一提的是，参见图2，开孔13和安装部12分别邻近金属隔离栅格1的相对两壁，有利于充分利用腔体19的内部空间。具体而言，第一介质板2的第一端通过紧固件搭接地固定在安装部12上，L形耦合探针3的竖直部分31与水平部分32的连接处设置在第一介质板2的第二端，刚好位于开孔13的上方。当连接器6固定在金属隔离栅格1的开孔13处时，L形耦合探针3的竖直部分31也可以很好地为第一介质板2的第二端提供必要的支撑。从而确保L形耦合探针3的工作稳定性。

第二介质板4通过紧固件固定在金属隔离栅格1的顶部，将腔体19封住。为了方便示意出位于腔体19内的第一介质板2等结构，在图1中，对第二介质板4做了透明处理。辐射片5在第二介质板4上。

第一介质板2和第二介质板4可以选用PCB基板或者LTCC基板，L形耦合探针3的水平部分32和辐射片5可以通过对应的制造工艺，成型于对应的介质板上。

L形耦合探针3的水平部分32的长度与微带天线10的工作频率相关。L形耦合探针3的水平部分32的长度与水平部分32相距辐射片5的距离相关。

辐射片5的长度与微带天线10的工作频率相关。具体地，辐射片5的长度略小于微带天线10的工作频率所对应的半波长。

参见图3，图3是本发明的L形探针耦合微带天线的驻波比与频率的关系曲线。其中，横坐标为频率，纵坐标为驻波比；可见，L形探针耦合微带天线10的工作频率覆盖了4.65-6.20GHz，全频段驻波比小于2（在测试点m1，频率为4.65 GHz，驻波比为1.9529；在测试点m2，频率为6.20 GHz，驻波比为1.9928），相对带宽28.5%。

参见图4，图4是本发明的L形探针耦合微带天线的中心频点增益方向图曲线。可见，法向增益为7.5dB，90度波束宽度内增益大于3.6dB。具体地，在测试点m4处，角度为0度，法向增益为7.5dB；在测试点m5处，角度为-45度，增益为3.8dB；在测试点m6处，角度为45度，增益为3.6dB。

参见5，图5是本发明L形探针耦合微带天线阵列的组合立体结构示意。本发明提出一种L形探针耦合微带天线阵列，其由设置在同一块反射地板（图未示出）上的8×8阵的天线单元10构成。其中，反射地板可以是一块整体的大板，或者，由多块小板拼接而成。

在本实施例中，阵列中的天线单元10是采用三角布阵；在其他实施例中，阵列中的天线单元10可以是矩形布阵。

与现有技术相比，本发明的L形探针耦合微带天线及其阵列，通过设置金属隔离栅格1，可以阻挡L形耦合探针3的直接辐射，改变了天线口面的电磁场分布，使得微带天线10的方向图取决于金属隔离栅格1的腔体19及辐射片5的辐射，从而避免了极化纯度的恶化、方向图的非对称；同时利用金属隔离栅格1提高了天线单元10之间的隔离度；另外，L形耦合探针3的水平部分32采用附着在第一介质板2上的金属导带来实现，而第一介质板2可以很方便地固定在金属隔离栅格1内，可以大大降低加工与安装复杂度，在不增加过多支撑结构的条件下，避免了传统方式的L探针在振动环境下随机晃动的缺点。

本发明的L形探针耦合微带天线及其阵列，通过金属隔离栅格1、第一介质板2、L形耦合探针3、第二介质板4、辐射片5以及连接器6的巧妙配合，具有高效率、低轮廓、结构简单、低造价、大带宽、稳定可靠等特征，能够很好地满足移动通讯系统和探测雷达系统对新一代相控阵天线的要求。

以上，仅为本发明之较佳实施例，意在进一步说明本发明，而非对其进行限定。凡根据上述之文字和附图所公开的内容进行的简单的替换，都在本专利的权利保护范围之列。